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艙口蓋是船舶貨艙開口的關閉裝置，肩負著密封艙口、保護貨物和支撐平臺的重要作用。由于在船舶營運過程中，艙口蓋將承受貨物和甲板上浪等外部載荷，這就要求其必須具有足夠的強度，鑒于此，各大船級社規(guī)范都對船舶艙口蓋的強度校核提出了計算要求。近些年來，隨著艙蓋設計技術和構造形式的變化，原有的經驗公式和簡單計算方法己經無法滿足艙蓋設計的發(fā)展，而有限元強度分析方法由于其可以方便地處理較為復雜的結構，且計算結果直觀，精度較高，在艙蓋的設計中能有效地控制重量，優(yōu)化結構，因此得到了廣泛運用。
本研究基于CCS《國內航行海船建造規(guī)范2012》中關于船舶艙蓋強度計算的要求，介紹了艙蓋有限元分析的流程，并結合實船算例，探討了船舶艙蓋設計優(yōu)化的方法。
有限元模型的建立應基于結構的形式。艙蓋一般采用縱橫結構形式，以縱骨架式的艙蓋為例，其艙蓋載荷作用于頂板，主要由縱骨承受并傳遞到強橫梁上，強橫梁再通過強縱析傳遞到兩端支撐結構，最后將力傳遞到甲板艙口圍上。
使用大型有限元軟件MSC.Patran建立模型，建模原則根據CCS《國內航行海船建造規(guī)范2012》關于結構強度直接計算的要求進行。三維有限元模型應能夠準確描述艙蓋的幾何形狀，模型中所有的板，包括強橫梁和強縱析的腹板和面板，應采用板單元模擬，并盡量減少使用三角形單元，特別是在結構應力集中區(qū)域避免采用三角形單元，橫梁和縱骨等普通扶強材一般使用梁單元模擬。模型網格的大小應根據普通扶強材的間距來確定，盡量采用比較方正的單元模擬，強橫梁和強縱析等主要支撐構件的腹板在高度方向上應至少分布3個單元，板單元的長寬比不得大于3。
邊界條件的設置對計算結果有很大的影響，應根據結構的實際工作情況來合理地確定有限元模型的邊界。因為艙口蓋是放置于艙口圍板之上，由支撐塊、限位塊和鎖緊裝置對其進行固定，所以邊界條件應根據這些裝置的布置情況對艙蓋模型施加約束。一般情況下，按照船體坐標系，支撐塊處應約束Z方向的線位移，橫向限位塊應約束Y方向的線位移，縱向限位塊應約束X方向的線位移。當然，在艙蓋的設計中，限位支撐裝置往往會出現縱橫向限位
塊或者支撐塊兼限位塊等情況，這就要按照實際情況對艙蓋施加以上三種約束的組合。
有一些設計人員在艙蓋強度計算中，將整個艙蓋的側板下沿都施加了Z方向約束，這會使計算結果的應力水平偏小，特別是在支撐塊處的應力下降得特別明顯，從而使結果更容易符合規(guī)范的要求。然而，這種邊界條件的設置實際上是不正確的，也符合艙蓋工作的原理。一般情況下，艙蓋的風雨是通過安裝在其側板下沿的橡膠圈與艙口圍的接來保持固定，橡膠圈在彈性范圍內受到彈性力擠以確保艙蓋與艙口圍間無間隙，這個擠壓力不能大，否則橡膠圈在艙蓋的擠壓力作用下會受到破壞失效，因此設計過程中，要求艙蓋的支撐由支撐來承擔。實際上，相對于支撐塊的支撐力作用，橡圈處的彈性力很小，可以忽略不計，所以有限元模的Z方向約束應僅施加在支撐塊位置處。
艙蓋有限元計算的載荷一般包括均布載荷和中載荷。以普通集裝箱船艙蓋為例，一般應計算雨載荷工況和集裝箱載荷工況。其中風雨載荷根。規(guī)范要求值，以均布載荷的方式施加在艙蓋頂板士集裝箱載荷根據集裝箱布置情況以集中力的方式加在集裝箱箱角位置，其大小應根據艙蓋的設計用堆重和箱角布置情況來確定。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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